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TWI720549B - 半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式 - Google Patents

半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式 Download PDF

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Publication number
TWI720549B
TWI720549B TW108125378A TW108125378A TWI720549B TW I720549 B TWI720549 B TW I720549B TW 108125378 A TW108125378 A TW 108125378A TW 108125378 A TW108125378 A TW 108125378A TW I720549 B TWI720549 B TW I720549B
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TW
Taiwan
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inert gas
supply
substrate
gas
wafer
Prior art date
Application number
TW108125378A
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TW202012691A (zh
Inventor
堀田英樹
四谷達也
尾崎貴志
Original Assignee
日商國際電氣股份有限公司
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Publication date
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Abstract

本發明課題在於:控制在基板上所形成氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項。
其中,包括有藉由既定次數實施非同時進行下述步驟之循環,而在基板上形成氮氧化膜的步驟:(a)利用原料供應部對基板供應原料的步驟、(b)利用氧化劑供應部對基板供應氧化劑的步驟、以及(c)利用氮化劑供應部對基板供應氮化劑的步驟;且,(b)係利用不同於氧化劑供應部的惰性氣體供應部對基板供應惰性氣體,藉由控制該惰性氣體的流量,而調整在基板上所形成氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項。

Description

半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及程式
本發明係關於半導體裝置之製造方法、基板處理裝置及記錄媒體。
半導體裝置之製造步驟的一步驟,係有施行對基板供應原料、氧化劑、及氮化劑,而在基板上形成氮氧化膜之處理的情況(例如參照專利文獻1)。
[先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]國際公開第2016/110956號公報
本發明目的在於提供:可控制在基板上所形成氮氧化膜之氮濃度與折射率中之至少任一項的技術。
根據本發明一態樣提供下述技術:包括有藉由既定次數實施非同時進行下述步驟之循環,而在上述基板上形成氮氧化膜的步驟:(a)利用原料供應部對基板供應原料的步驟;(b)利用氧化劑供應部對上述基板供應氧化劑的步驟; (c)利用氮化劑供應部對上述基板供應氮化劑的步驟; 且,(b)係利用不同於上述氧化劑供應部的惰性氣體供應部對上述基板供應惰性氣體,藉由控制該惰性氣體的流量,而調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項。
根據本發明,可控制在基板上所形成氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項。
<本發明一實施形態> 以下,針對本發明一實施形態,使用圖1~圖6等進行說明。
(1)基板處理裝置之構成 如圖1所示,處理爐202係具有作為加熱機構(溫度調整部)的加熱器207。加熱器207係呈圓筒形狀,藉由保持板支撐而呈垂直安設。加熱器207亦具有利用熱使氣體活化(激發)的活化機構(激發部)機能。
在加熱器207的內側配設有與加熱器207呈同心圓狀的反應管210。反應管210係有具備:作為內部反應管的內管204、以及呈同心圓狀包圍內管204且作為外部反應管的外管203之雙層管構成。內管204與外管203係分別由例如石英(SiO2 )或碳化矽(SiC)等耐熱性材料構成,形成呈上端封閉、下端開口的圓筒形狀。
在內管204的筒中空部,形成有對作為基板之晶圓200施行處理的處理室201。處理室201係構成為可將晶圓200從處理室201內的一端側(下方側)朝另一端側(上方側)呈排列狀態收容。處理室201內由複數片晶圓200排列的區域,亦稱為「基板排列區域(晶圓排列區域)」。又,處理室201內晶圓200排列的方向,亦稱「基板排列方向(晶圓排列方向)」。
內管204與外管203分別係由歧管209從下方支撐。歧管209係由不銹鋼(SUS)等金屬材料構成,形成呈上端與下端均開口的圓筒形狀。在歧管209內壁的上端部,設有由SUS等金屬材料構成、且朝歧管209徑向內側延伸出的環狀凸緣部209a。內管204的下端係抵接於凸緣部209a的上面。外管203的下端係抵接於歧管209的上端。在外管203與歧管209之間設有作為密封構件的O形環220a。歧管209的下端開口係構成為處理爐202的爐口,當利用後述晶舟升降機115使晶舟217上升時,藉由作為蓋體的圓盤狀密封蓋219進行氣密式密封。在歧管209與密封蓋219之間設有作為密封構件的O形環220b。
內管204的頂板部係形成呈平板形狀,外管203的頂板部係形成呈圓頂形狀。若將內管204的頂板部設為圓頂形狀,則朝處理室201內所供應的氣體便不會在複數片晶圓200間流通,而容易流入內管204頂板部的圓頂部分之內部空間中。藉由將內管204的頂板部設為平板形狀,則朝處理室201內所供應的氣體便可效率佳地流向複數片晶圓200間。藉由縮小內管204之頂板部與後述晶舟217之頂板間的空隙(空間),便可藉由例如設為與晶圓200排列間隔(間距)相同程度大小,使氣體效率佳地流向晶圓200間。
如圖2所示,在內管204的側壁形成有:收容噴嘴249a、噴嘴249b、249d的噴嘴收容室204a、以及收容噴嘴249c、249e的噴嘴收容室204b。噴嘴收容室204a、204b係分別形成呈從內管204的側壁朝內管204的徑向外側突出、且沿垂直方向延伸的通道形狀。噴嘴收容室204a、204b的內壁係分別構成處理室201的內壁之一部分。噴嘴收容室204a與噴嘴收容室204b係分別配置於沿內管204的內壁、即沿處理室201內所收容晶圓200的外周,且相互隔開既定距離的位置。具體而言,噴嘴收容室204a、204b係分別配置於由處理室201內所收容晶圓200的中心與噴嘴收容室204a的中心之連結直線L1、與處理室201內所收容晶圓200的中心與噴嘴收容室204b的中心之連結直線L2,所形成的中心角θ(相對於以噴嘴收容室204a、204b各中心為兩端的弧之中心角)成為例如30~150°範圍內角度的位置。噴嘴收容室204a內所收容噴嘴249b、249d係配置呈夾置噴嘴249a並沿其兩側、即噴嘴收容室204a的內壁(晶圓200的外周部),從兩側夾入噴嘴249a的狀態。本說明書中,亦將噴嘴249a、249b依序稱為R1、R2,亦將噴嘴249c、249d、249e依序稱為Rt、Rc、Rb。亦將噴嘴249c~249e稱為Rt~Rb。
噴嘴249a~249e係分別設置成從噴嘴收容室204a、204b的下部沿上部、即沿晶圓排列方向站立的狀態。亦即,噴嘴249a~249e係分別設置成在晶圓排列區域的側邊呈水平包圍晶圓排列區域的區域中,沿晶圓排列區域的狀態。如圖6所示,在噴嘴249a~249e的側面分別設有作為第1~第5氣體供應口的氣體噴出口250a~250e。噴嘴249a~249e係由例如石英或SiC等耐熱性材料構成。
如圖6所示,上述晶圓排列區域係可考慮分為複數區。本實施形態中,將晶圓排列區域中晶圓排列方向的一端部側(此處為上部側)之區,亦稱為「第1區(Top區)」。又,將晶圓排列區域中晶圓排列方向的中央部之區,亦稱為「第2區(Center區)」。又,將晶圓排列區域中晶圓排列方向的另一端部側(此處為下部側)之區,亦稱為「第3區(Bottom區)」。
噴嘴249a、249b的氣體噴出口250a、250係分別依對應於晶圓排列區域中晶圓排列方向之全域的方式,從噴嘴249a、249b的上部橫跨至下部複數設置。噴嘴249a、249b、即R1、R2,係分別構成朝第1~第3區完全供應氣體的狀態。
噴嘴249c的氣體噴出口250c係依對應於晶圓排列區域中晶圓排列方向的上部側區域、即第1區的方式,僅在噴嘴249c的上部側複數設置。噴嘴249c、即Rt,係構成為可朝第1區供應氣體,且對除此之外的其他區、即第2、第3區,不實施氣體供應。
噴嘴249d的氣體噴出口250d係依對應於晶圓排列區域中晶圓排列方向的中央部側區域、即第2區的方式,僅在噴嘴249d的中央部側複數設置。噴嘴249d、即Rc,係構成為可朝第2區供應氣體,且對除此之外的其他區、即第1、第3區,不實施氣體供應。
噴嘴249e的氣體噴出口250e係依對應於晶圓排列區域中晶圓排列方向的下部區域、即第3區的方式,僅在噴嘴249e的下部側複數設置。噴嘴249e、即Rb係構成為可朝第3區供應氣體,且對除此之外的其他區,亦即第1、第2區不實施氣體供應。
另外,氣體噴出口250a~250e係分別依朝處理室201中心的方式開口,構成為可朝晶圓200中心供應氣體的狀態。又,氣體噴出口250a~250e係分別具有相同開口面積,且依相同開口間距設置。
如圖2所示,噴嘴249a~249e分別連接於氣體供應管232a~232e。在氣體供應管232a~232e中從氣流上游側起依序分別設有:屬於流量控制器(流量控制部)的質量流量控制器(MFC)241a~241e、及屬於開關閥的閥243a~243e。在較氣體供應管232a的閥243a更靠下游側連接著氣體供應管232g。在氣體供應管232g中從氣流上游側起依序分別設有MFC241g與閥243g。在較氣體供應管232b的閥243b更靠下游側連接著氣體供應管232f、232h。在氣體供應管232f、232h中從氣流上游側起依序分別設有MFC241f、241h及閥243f、243h。氣體供應管232a~232h係由例如SUS等金屬材料構成。
從氣體供應管232a經由MFC241a、閥243a、噴嘴249a,將原料(原料氣體)供應給處理室201內,該原料係含有構成所欲形成膜之主元素矽(Si)與鹵元素的鹵矽烷系氣體。
原料氣體係氣體狀態的原料,例如:將常溫常壓下呈液體狀態的原料施行氣化而獲得的氣體、以及常溫常壓下呈氣體狀態的原料等。鹵矽烷系氣體係具鹵基的矽烷系氣體。鹵基係包含有:氯(Cl)、氟(F)、溴(Br)、碘(I)等鹵元素。鹵矽烷系氣體係可使用例如含Si與Cl的原料氣體、即氯矽烷系氣體。氯矽烷系氣體係具有Si源的作用。氯矽烷系氣體係可使用例如六氯二矽烷(Si2 Cl6 、簡稱:HCDS)氣體。
從氣體供應管232b經由MFC241b、閥243b、噴嘴249b,將具氧化劑(氧化氣體)作用之含氧(O)氣體的反應體(反應氣體),供應給處理室201內。含O氣體係具有O源的作用。含O氣體係可使用例如氧(O2 )氣體。
從氣體供應管232f經由MFC241f、閥243f、氣體供應管232b、噴嘴249b,將具氮化劑(氮化氣體)作用之含氮(N)氣體的反應體(反應氣體),供應給處理室201內。含N氣體係具有N源的作用。含N氣體係可使用例如屬於氮化氫系氣體的氨(NH3 )氣體。
從氣體供應管232c~232e分別經由MFC241c~241e、閥243c~243e、噴嘴249c~249e,將惰性氣體供應給處理室201內。又,從氣體供應管232g、232h分別經由MFC241g、241h、閥243g、243h、氣體供應管232a、232b、噴嘴249a、249b,將惰性氣體供應給處理室201內。利用噴嘴249c~249e供應給處理室201內的N2 氣體,主要係具有調整在晶圓200上所形成氮氧化膜之氮濃度與折射率中之至少任一項的控制氣體之作用。又,利用噴嘴249a、249b供應給處理室201內的N2 氣體,主要係具有排淨氣體、載氣、稀釋氣體的作用。惰性氣體係可使用例如氮(N2 )氣體。
主要係由氣體供應管232a、MFC241a、閥243a,構成原料供應系統。主要係由氣體供應管232b、MFC241b、閥243b,構成氧化劑供應系統。主要係由氣體供應管232f、MFC241f、閥243f,構成氮化劑供應系統。主要係由氣體供應管232c~232e、232g、232h、MFC241c~241e、241g、241h、閥243c~243e、243g、243h,構成惰性氣體供應系統。
供應原料的噴嘴249a亦稱「原料供應部」。從噴嘴249b供應氧化劑時,亦將噴嘴249b稱為「氧化劑供應部」。從噴嘴249b供應氮化劑時,亦將噴嘴249b稱為「氮化劑供應部」。供應惰性氣體的噴嘴249c~249e,亦統稱為「惰性氣體供應部」。噴嘴249c~249e依序亦稱為「第1~第3供應部」。惰性氣體供應部係不同於原料供應部、氧化劑供應部及氮化劑供應部的供應部,且具有第1~第3供應部等複數供應部。利用噴嘴249a、249b供應惰性氣體時,亦可考慮將噴嘴249a、249b涵蓋於惰性氣體供應部。
原料供應系統係構成為可從噴嘴249a朝複數區、即第1~第3區全部,供應經流量控制的原料。氧化劑供應系統係構成為可從噴嘴249b朝複數區、即第1~第3區全部,供應經流量控制的氧化劑。氮化劑供應系統係構成為可從噴嘴249b朝複數區、即第1~第3區全部,供應經流量控制的氮化劑。惰性氣體供應系統係構成為可分別從噴嘴249c~249e朝複數區、即第1~第3區,供應個別經流量控制的惰性氣體。
另外,惰性氣體供應部係構成為從噴嘴249c朝第1區供應個別經流量控制的惰性氣體,而除此以外的區(第2、第3區)則未實施供應經流量控制的惰性氣體,從噴嘴249d朝第2區供應個別經流量控制的惰性氣體,而除此以外的區(第1、第3區)則未實施供應經流量控制的惰性氣體,從噴嘴249e朝第3區供應個別經流量控制的惰性氣體,而除此以外的區(第1、第2區)則未實施供應經流量控制的惰性氣體。
上述各種供應系統中,任一者或全部的供應系統,亦可構成為由閥243a~243h或MFC241a~241h等集聚形成的集聚型供應系統248。集聚型供應系統248係分別連接於氣體供應管232a~232h,構成為利用後述控制器121控制朝氣體供應管232a~232h內的各種氣體之供應動作、即閥243a~243h的開閉動作或利用MFC241a~241h進行的流量調整動作等。集聚型供應系統248係可構成一體式或分割式的集聚單元,可依集聚單元單位對氣體供應管232a~232h等進行裝卸,且構成為可依集聚單元單位進行集聚型供應系統248的保養、更換、增設等。
在內管204的側面朝垂直方向細長地開設例如構成為狹縫狀貫通口的排氣口(排氣狹縫)204c。排氣口204c的正面觀呈例如矩形,從內管204的側壁下部橫跨至上部設置。處理室201內係經由排氣口204c,連通於內管204與外管203間之圓環狀空間的排氣空間205。排氣口204c係俯視呈配置於上述直線L1的延長線上。亦即,噴嘴收容室204a與排氣口204c係呈相對向地夾置處理室201內所收容晶圓200的中心。又,噴嘴249a的氣體噴出口250a與排氣口204c係呈相對向地夾置處理室201內所收容晶圓200的中心。
如圖1所示,外管203的下部係經由排氣空間205,連接於對處理室201內的環境施行排氣的排氣管231。排氣管231係經由檢測排氣空間205內、即處理室201內之壓力之作為壓力檢測器(壓力檢測部)的壓力感測器245、及作為壓力調整器(壓力調整部)的APC(Auto Pressure Controller,自動壓力控制)閥244,連接於作為真空排氣裝置的真空泵246。APC閥244係藉由在使真空泵246產生動作之狀態下進行閥的開閉,便可進行處理室201內的真空排氣與停止真空排氣,進而在使真空泵246產生動作之狀態下,根據壓力感測器245所檢測到的壓力資訊,進行閥開度的調節,便構成為可調整處理室201內的壓力。主要係由排氣管231、APC閥244、壓力感測器245,構成排氣系統。亦可考慮將排氣口204c、排氣空間205、及真空泵246涵蓋於排氣系統中。
歧管209的下端開口係經由O形環220b,利用密封蓋219被氣密式密封。密封蓋219係由SUS等金屬材料構成,形成呈圓盤狀。在密封蓋219的下方設置使晶舟217旋轉的旋轉機構267。旋轉機構267的旋轉軸255係貫穿密封蓋219並連接於晶舟217。旋轉機構267係構成為藉由使晶舟217旋轉而使晶圓200旋轉。密封蓋219係構成為利用在反應管210外部呈垂直設置之作為升降機構的晶舟升降機115而在垂直方向上進行升降。晶舟升降機115係藉由使密封蓋219升降,而構成為將由晶舟217所支撐之晶圓200,朝處理室201內外搬入與搬出(搬送)的搬送裝置(搬送機構)。
作為基板支撐具的晶舟217係構成為將複數片、例如25~200片之晶圓200,依水平姿勢且中心相互對齊之狀態朝垂直方向排列呈多層支撐,亦即隔開間隔排列。晶舟217係由例如石英或SiC等耐熱性材料構成。在晶舟217的下部呈多層支撐著由例如石英或SiC等耐熱性材料所構成的絕熱板218。
在外管203與內管204之間,設置作為溫度檢測器的溫度感測器263。根據由溫度感測器263所檢測到的溫度資訊,調整加熱器207的通電狀況,藉此處理室201內的溫度便成為所需的溫度分佈。溫度感測器263係沿外管203的內壁設置。
如圖3所示,屬於控制部(控制手段)的控制器121係構成為具備有:CPU(Central Processing Unit,中央處理器)121a、RAM(Random Access Memory,隨機存取記憶體)121b、記憶裝置121c、及I/O埠121d的電腦。RAM121b、記憶裝置121c、I/O埠121d係經由內部匯流排121e,構成為可與CPU121a進行數據交換。控制器121係連接於由例如觸控板等構成的輸出入裝置122。
記憶裝置121c係由例如快閃記憶體、HDD(Hard DiSk Drive,硬碟機)等構成。在記憶裝置121c內可讀出地儲存著記載有:控制基板處理裝置動作的控制程式、後述基板處理的順序與條件等製程配方等。製程配方係使控制器121執行後述基板處理步驟的各順序,並依可獲得既定結果的方式組合,具有作為程式的機能。以下,將該製程配方及控制程式等亦統合簡稱為「程式」。又,將製程配方亦簡稱為「配方」。本說明書中當使用「程式」之用語時,係有僅包括配方單體的情況、僅包括控制程式單體的情況、或包括該等二者的情況。又,RAM121b係構成為暫時性保持由CPU121a所讀出之程式或數據等的記憶體區域(工作區域)。
I/O埠121d係連接於上述的MFC241a~241h、閥243a~243h、壓力感測器245、APC閥244、真空泵246、加熱器207、溫度感測器263、旋轉機構267、晶舟升降機115等。
CPU121a係構成為從記憶裝置121c讀出控制程式並執行,且配合從輸出入裝置122的操作指令輸入等而從記憶裝置121c讀出配方。CPU121a係依照所讀出配方的內容,針對由MFC241a~241h進行的各種氣體之流量調整動作、閥243a~243h的開閉動作、根據APC閥244的開閉動作及壓力感測器245由APC閥244進行的壓力調整動作、真空泵246的啟動及停止、根據溫度感測器263進行的加熱器207之溫度調整動作、由旋轉機構267進行的晶舟217之旋轉及旋轉速度調節動作、由晶舟升降機115進行的晶舟217之升降動作等進行控制。
控制器121係藉由將外部記憶裝置123所儲存的上述程式,安裝於電腦中便可構成。外部記憶裝置123係包含有例如:HDD等磁碟、CD等光碟、MO等光磁碟、USB記憶體等半導體記憶體等等。記憶裝置121c及外部記憶裝置123係構成為電腦可讀取的記錄媒體。以下,亦將該等統合簡稱為「記錄媒體」。本說明書中使用「記錄媒體」之用語時,係有僅包含記憶裝置121c單體的情況、僅包含外部記憶裝置123單體的情況、或者包含該等二者的情況。另外,對電腦的程式提供亦可不要使用外部記憶裝置123,而使用網際網路或專用線路等通訊手段執行。
(2)基板處理步驟 使用上述基板處理裝置之半導體裝置之製造步驟的一步驟,係針對在作為基板的晶圓200上形成氮氧化膜之基板處理序列例、即成膜序列例,使用圖4、圖5進行說明。以下說明中,構成基板處理裝置的各部之動作係利用控制器121進行控制。
圖4、圖5所示成膜序列,係藉由既定次數(n次,n係1以上的整數)實施非同時進行: 步驟A:對晶圓200從作為原料供應部之噴嘴249a供應作為原料之HCDS氣體; 步驟B:對晶圓200從作為氧化劑供應部之噴嘴249b供應作為氧化劑之O2 氣體;以及 步驟C:對晶圓200從作為氮化劑供應部之噴嘴249b供應作為氮化劑之NH3 氣體的循環,而在晶圓200上形成作為氮氧化膜之含有Si、O及N的膜,亦即氮氧化矽膜(SiON膜)。
另外,圖4、圖5所示成膜序列的步驟B,係 利用不同於氧化劑供應部的惰性氣體供應部,亦即不同於噴嘴249b的其他噴嘴249c~249e,對晶圓200供應作為惰性氣體之N2 氣體,並藉由控制該N2 氣體的流量,而調整在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項。
本說明書中為求方便,有時將圖4、圖5所示成膜序列表示如下。圖4、圖5中為求方便,將步驟A~C的實施期間分別記為A~C。針對該等情況在後述變化例及其他實施形態中亦同。
(R1:HCDS→R2:O2 、Rt~Rb:N2 →R2:NH3 )×n ⇒ SiON
本說明書中採用「晶圓」之用語時,係有指晶圓本身之情況、及在晶圓與其表面上所形成既定層或膜的積層體之情況。本說明書中,採用「晶圓表面」之用語時,係有指晶圓本身的表面之情況、及在晶圓上所形成既定層等的表面之情況。本說明書中,記載「在晶圓上形成既定層」時,係指在晶圓本身的表面上直接形成既定層的情況、及在晶圓上所形成層等之上形成既定層的情況。本說明書中,使用「基板」之用語時,亦與使用「晶圓」之用語的情況同義。
(晶圓充電及晶舟裝載) 複數片晶圓200被裝填(晶圓補充)於晶舟217中。然後,如圖1所示,支撐著複數片晶圓200的晶舟217,利用晶舟升降機115上舉並搬入於處理室201內(晶舟裝載)。在此狀態下,密封蓋219呈現經由O形環220b而密封歧管209下端的狀態。
(壓力調整及溫度調整) 依處理室201內、即晶圓200所存在空間,成為所需壓力(真空度)的方式,利用真空泵246將處理室201內施行真空排氣(減壓排氣)。此時,處理室201內的壓力係利用壓力感測器245測定,根據該測定到的壓力資訊,回饋控制著APC閥244。又,依處理室201內的晶圓200成為所需溫度的方式,利用加熱器207進行加熱。此時,依處理室201內成為所需溫度分佈的方式,根據由溫度感測器263所檢測到的溫度資訊,回饋控制著對加熱器207的通電狀況。又,開始由旋轉機構267進行晶圓200的旋轉。處理室201內的排氣、晶圓200的加熱與旋轉,均係至少在對晶圓200的處理結束前的期間內持續進行。
(成膜步驟) 然後,在晶圓排列區域中排列複數片晶圓200的狀態下,依序執行下述步驟A~C。
[步驟A] 在該步驟中,對處理室201內的晶圓200供應HCDS氣體(HCDS氣體供應步驟)。
具體而言,開啟閥243a,朝氣體供應管232a內流入HCDS氣體。HCDS氣體係利用MFC241a進行流量調整,再分別從噴嘴249a側面所設置的複數氣體噴出口250a供應給處理室201內,然後經由排氣口204c、排氣空間205被從排氣管231排氣。此時,對晶圓200供應HCDS氣體。
此時,開啟閥243c~243e,利用噴嘴249c~249e朝處理室201內供應N2 氣體。另外,此時,亦可藉由個別調整從噴嘴249c~249e所供應N2 氣體的流量,而調整在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚等。例如,亦可將朝第1~第3區中之一區所供應N2 氣體的流量,設為不同於朝其他區所供應N2 氣體的流量。關於該流量調整的具體內容及其作用效果,容後述。
另外,在HCDS氣體供應步驟中,亦可開啟閥243g、243h,從噴嘴249a、249b朝處理室201內供應N2 氣體。另外,藉由從噴嘴249b~249e供應N2 氣體,亦可抑制HCDS氣體侵入噴嘴249b~249e內。
本步驟的處理條件係可例示如: HCDS氣體供應流量:0.01~2slm、較佳係0.1~1slm N2 氣體供應流量(Rt、Rc、Rb各別):0.1~10slm N2 氣體供應流量(R1、R2各別):0~10slm 各氣體供應時間:1~120秒、較佳係1~60秒 處理溫度:250~800℃、較佳係400~700℃ 處理壓力:1~2666Pa、較佳係67~1333Pa。
本說明書中例如「250~800℃」的數值範圍之記載,係指下限值與上限值涵蓋於該範圍內。所以,例如「250~800℃」便指「250℃以上且800℃以下」。關於其他的數值範圍亦同。
藉由在上述條件下對晶圓200供應HCDS氣體,便在晶圓200的最表面上形成第1層之含Cl的含Si層。含Cl的含Si層係藉由HCDS物理吸附於晶圓200的最表面、或由HCDS之一部分進行分解的物質(以下稱「Six Cly 」)化學吸附於晶圓200的最表面、或由HCDS進行熱分解使Si沉積於晶圓200的最表面等而形成。含Cl的含Si層係可為HCDS或Six Cly 的吸附層(物理吸附層或化學吸附層),亦可為含Cl的Si層(Si之沉積層)。本說明書中,含Cl的含Si層亦簡稱「含Si層」。
形成第1層後,關閉閥243a,停止朝處理室201內的HCDS氣體供應。然後,將處理室201內施行真空排氣,而將處理室201內殘留的氣體等從處理室201內排除(排淨步驟)。此時,開啟閥243c~243e、243g、243h,利用噴嘴249a~249e朝處理室201內供應N2 氣體。N2 氣體係具有排淨氣體的作用。
原料(原料氣體)係除HCDS氣體之外,亦可使用:一氯甲矽烷(SiH3 Cl、簡稱:MCS)氣體、二氯矽烷(SiH2 Cl2 、簡稱:DCS)氣體、三氯矽烷(SiHCl3 、簡稱:TCS)氣體、四氯矽烷(SiCl4 、簡稱:STC)氣體、八氯三矽烷(Si3 Cl8 、簡稱:OCTS)氣體等氯矽烷系氣體。
惰性氣體係除N2 氣體之外,亦可使用:Ar氣體、He氣體、Ne氣體、Xe氣體等稀有氣體。針對此點而言,在後述各步驟中亦同。
[步驟B] 待步驟A結束後,便對處理室201內的晶圓200、即晶圓200上所形成的第1層,供應O2 氣體(O2 氣體供應步驟)。
具體而言,開啟閥243b,朝氣體供應管232b內流入O2 氣體。O2 氣體係利用MFC241b進行流量調整,再分別從噴嘴249b側面所設置的複數氣體噴出口250b供應給處理室201內,然後經由排氣口204c、排氣空間205被從排氣管231排氣。此時,對晶圓200供應O2 氣體。
此時,與步驟A同樣地,從噴嘴249c~249e朝處理室201內供應N2 氣體。然後,個別調整從噴嘴249c~249e所供應N2 氣體的流量,而調整在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項。例如,使朝第1~第3區中之一區所供應N2 氣體的流量,不同於朝其他區所供應N2 氣體的流量。關於該流量調整的具體內容與其作用效果,容後述。
另外,O2 氣體供應步驟中,亦可與步驟A同樣地,從噴嘴249a、249b朝處理室201內供應N2 氣體。另外,藉由從噴嘴249a、249c~249e供應N2 氣體,便可抑制O2 氣體侵入噴嘴249a、249c~249e內。
本步驟的處理條件係可例示如: O2 氣體供應流量:0.1~10slm N2 氣體供應流量(Rt、Rc、Rb各別):0.1~10slm N2 氣體供應流量(R1、R2各別):0~10slm 各氣體供應時間:1~120秒、較佳係1~60秒 處理壓力:1~4000Pa、較佳係1~3000Pa。 其他的處理條件係同步驟A的處理條件。
藉由在上述條件下對晶圓200供應O2 氣體,在晶圓200上所形成第1層之至少一部分便會被氧化(改質)。藉由第1層被改質,便在晶圓200上形成第2層之含Si與O的層、即SiO層。形成第2層時,第1層中所含的Cl等雜質,在利用O2 氣體進行的第1層改質反應過程中,會構成至少含有Cl的氣體狀物質,並被從處理室201內排出。藉此,第2層便成為Cl等雜質較少於第1層的層。
形成第2層之後,關閉閥243b,停止朝處理室201內的O2 氣體供應。然後,依照與步驟A之排淨步驟同樣的處理順序,將處理室201內所殘留的氣體等從處理室201內排除(排淨步驟)。
氧化劑(氧化氣體)係除O2 氣體之外,亦可使用:氧化亞氮(N2 O)氣體、一氧化氮(NO)氣體、二氧化氮(NO2 )氣體、臭氧(O3 )氣體、水蒸氣(H2 O氣體)、一氧化碳(CO)氣體、二氧化碳(CO2 )氣體等含O氣體。
[步驟C] 待步驟B結束後,對處理室201內的晶圓200,亦即晶圓200上所形成的第2層供應NH3 氣體(NH3 氣體供應步驟)。
具體而言,開啟閥243f,朝氣體供應管232f內流入NH3 氣體。NH3 氣體係利用MFC241f進行流量調整,經由氣體供應管232b流入噴嘴249b內,再分別利用噴嘴249b側面所設置的複數氣體噴出口250b供應給處理室201內,然後經由排氣口204c、排氣空間205被從排氣管231排氣。此時,對晶圓200供應NH3 氣體。
此時,與步驟A同樣地,從噴嘴249c~249e朝處理室201內供應N2 氣體。另外,此時,亦可藉由個別調整從噴嘴249c~249e所供應N2 氣體的流量,而調整在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚等。例如,使朝第1~第3區中之一區所供應N2 氣體的流量,不同於朝其他區所供應N2 氣體的流量。關於該流量調整的具體內容與其作用效果,容後述。
另外,NH3 氣體供應步驟中,亦可與步驟A同樣地,從噴嘴249a、249b朝處理室201內供應N2 氣體。另外,藉由從噴嘴249a、249c~249e供應N2 氣體,便可抑制NH3 氣體侵入噴嘴249a、249c~249e內。
本步驟的處理條件係可例示如: NH3 氣體供應流量:0.1~10slm N2 氣體供應流量(Rt、Rc、Rb各別):0.1~10slm N2 氣體供應流量(R1、R2各別):0~10slm 各氣體供應時間:1~120秒、較佳係1~60秒 處理壓力:1~4000Pa、較佳係1~3000Pa。 其他的處理條件係同步驟A的處理條件。
藉由在上述條件下對晶圓200供應NH3 氣體,在晶圓200上所形成第2層之至少一部分便會被氮化(改質)。藉由第2層被改質,便在晶圓200上形成第3層之含Si、O及N的層、即SiON層。形成第3層時,第2層中所含的Cl等雜質,在利用NH3 氣體進行的第2層改質反應過程中,會構成至少含有Cl的氣體狀物質,並被從處理室201內排出。藉此,第3層便成為Cl等雜質較少於第2層的層。
形成第3層之後,關閉閥243f,停止朝處理室201內的NH3 氣體供應。然後,依照與步驟A之排淨步驟同樣的處理順序,將處理室201內所殘留的氣體等從處理室201內排除(排淨步驟)。
氮化劑(氮化氣體)係除NH3 氣體之外,亦可使用:二氮烯(N2 H2 )氣體、聯氨(N2 H4 )氣體、N3 H8 氣體等含N氣體。
[既定次數實施] 藉由1次以上(n次)實施非同時、即非同步進行步驟A~C的循環,便可在晶圓200上形成所需膜厚、所需組成的SiON膜。上述循環較佳係重複複數次。亦即,較佳係每1循環所形成第3層的厚度較小於所需膜厚,並複數次重複上述循環,直到藉由積層第3層所形成SiON膜的膜厚成為所需膜厚為止。
(後排淨~大氣壓回歸) 待成膜步驟結束後,利用噴嘴249a~249e將N2 氣體供應給處理室201內,再經由排氣口204c、排氣空間205從排氣管231排氣。N2 氣體係具有排淨氣體的作用。藉此,處理室201內被排淨,在處理室201內殘留的氣體與反應副產物,便被從處理室201內除去(後排淨)。然後,將處理室201內的環境置換為惰性氣體(惰性氣體置換),再使處理室201內的壓力回歸於常壓(大氣壓回歸)。
(晶舟卸載及晶圓放電) 然後,利用晶舟升降機115使密封蓋219下降,使歧管209的下端呈開口。然後,處理完畢之晶圓200在被晶舟217支撐的狀態下,被從歧管209下端搬出於反應管210的外部(晶舟卸載)。處理完畢之晶圓200被搬出於反應管210的外部後,再從晶舟217取出(晶圓放電)。
(3)N2 氣體的流量控制與作用效果 以下,針對步驟A~C所執行N2 氣體的流量控制之具體內容與其作用效果進行說明。
(a)步驟B中,利用不同於供應O2 氣體的噴嘴249b(R2)的其他噴嘴249c~249e(Rt~Rb),對晶圓200供應N2 氣體,藉由控制該N2 氣體的流量,亦即分別朝晶圓排列區域的第1~第3區,個別供應經流量控制的N2 氣體,便可調整在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項。
具體而言,使朝第1~第3區中之一區所供應N2 氣體的流量,不同於朝其他區所供應N2 氣體的流量。藉此,可依第1~第3區逐區調整在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項。
例如圖4所示,步驟B中,在分別從Rt~Rb朝第1~第3區各區供應經流量控制的N2 氣體之狀態下,使從Rt朝第1區供應的N2 氣體流量,大於分別從Rc、Rb朝第2、第3區各區供應的N2 氣體流量。藉此,便可局部性控制成第1區在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項,例如較高於其他區(第2、第3區)在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項或全部。
再者,例如圖5所示,步驟B中,在分別從Rt~Rb朝第1~第3區各區供應經流量控制的N2 氣體之狀態下,使從Rt朝第1區供應的N2 氣體流量,較小於分別從Rc、Rb朝第2、第3區各區供應的N2 氣體流量。藉此,可局部性控制成第1區在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項,例如較低於其他區(第2、第3區)在晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項或全部。
(b)根據本實施形態,可在不致使晶圓200上所形成SiON膜的膜厚出現大變化之情況下進行上述調整,亦即調整N濃度與折射率中之至少任一項。
相對於此,在增加第1區於晶圓200上所形成SiON膜之N濃度的目的下,而在步驟C中增加朝第1區所供應NH3 氣體的流量時,第1區在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚,相較於依圖4所示成膜序列在第1區於晶圓200上所形成SiON膜的膜厚之下,前者呈現大幅增加。
再者,在降低第1區於晶圓200上所形成SiON膜之N濃度的目的下,而在步驟C中減少朝第1區所供應NH3 氣體的流量時,第1區在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚,相較於依圖5所示成膜序列在第1區於晶圓200上所形成SiON膜的膜厚之下,前者呈現大幅減少。
(c)步驟A與步驟C中之至少任一步驟,係利用不同於供應HCDS氣體的噴嘴249a(R1)及供應NH3 氣體的噴嘴249b(R2)之噴嘴249c~249e(Rt~Rb),對晶圓200供應N2 氣體,藉由控制該N2 氣體的流量,便可調整在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚。
具體而言,使朝第1~第3區中之一區供應的N2 氣體流量,不同於朝其他區供應的N2 氣體流量。藉此,可依第1~第3區逐區、即複數區毎區,調整在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚。亦即,可調整在晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間膜厚分佈。
例如,步驟A及步驟C中之至少任一步驟,在分別從Rt~Rb朝第1~第3區各區供應經流量控制的N2 氣體之狀態下,使從Rt朝第1區供應的N2 氣體流量,大於分別從Rc、Rb朝第2、第3區各區供應的N2 氣體流量。藉此,可局部性控制成第1區在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚,例如較薄於其他區(第2、第3區)在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚。
又,例如在步驟A及步驟C中之至少任一步驟,在分別從Rt~Rb朝第1~第3區各區供應經流量控制過的N2 氣體之狀態下,使從Rt朝第1區供應的N2 氣體流量,小於分別從Rc、Rb朝第2、第3區各自供應的N2 氣體流量。藉此,可局部性控制成第1區在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚,例如較厚於其他區(第2、第3區)在晶圓200上所形成SiON膜的膜厚。
另外,藉由在步驟A中實施來自Rt~Rb的N2 氣體供應控制(流量控制),不僅可調整在晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間膜厚分佈,亦可局部性微調整在晶圓200上所形成SiON膜的折射率或N濃度。
再者,藉由在步驟C中實施來自Rt~Rb的N2 氣體供應控制(流量控制),便可在不致使晶圓200上所形成SiON膜的折射率或N濃度出現局部性變化之情況下,調整該膜的晶圓間膜厚分佈。
(d)步驟A與步驟C中之至少任一步驟,從噴嘴249a、249b(R1、R2)中之至少任一噴嘴,朝晶圓200供應N2 氣體,藉由控制該N2 氣體的流量,便可調整在晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間平均膜厚(批次平均膜厚)。
例如,藉由在步驟A中,增加從R1、R2中之至少任一者朝第1~第3區全域所供應N2 氣體的流量,便可控制成在晶圓200上所形成SiON膜的批次平均膜厚減薄之目標。又,例如藉由在步驟A中,減少從R1、R2中之至少任一者朝第1~第3區全域所供應N2 氣體的流量,便可控制成在晶圓200上所形成SiON膜的批次平均膜厚增厚之目標。
再者,例如藉由在步驟C中,增加從R1、R2中之至少任一者朝第1~第3區全域所供應N2 氣體的流量,便可控制成在晶圓200上所形成SiON膜的批次平均膜厚減薄之目標。又,例如藉由在步驟C中,減少從R1、R2中之至少任一者朝第1~第3區全域所供應N2 氣體的流量,便可控制成在晶圓200上所形成SiON膜的批次平均膜厚增厚之目標。
(e)步驟B中,從噴嘴249a、249b(R1、R2)中之至少任一者朝晶圓200供應N2 氣體,藉由控制該N2 氣體的流量,便可調整在晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間平均N濃度(批次平均N濃度)與晶圓間平均折射率(批次平均折射率)中之至少任一項。
例如,藉由在步驟B中,增加從R1、R2中之至少任一者朝第1~第3區全域所供應N2 氣體的流量,便可控制成在晶圓200上所形成SiON膜的批次平均N濃度與批次平均折射率中之至少任一項增加之目標。又,例如藉由在步驟B中,減少從R1、R2中之至少任一者朝第1~第3區全域所供應N2 氣體的流量,便可控制成在晶圓200上所形成SiON膜的批次平均N濃度與批次平均折射率中之至少任一項減小之目標。
(g)藉由施行上述(d)、(e)的控制,便可分別將晶圓200上所形成SiON膜的批次平均膜厚、批次平均N濃度、及批次平均折射率等調整於所需值,便可尋找出此時的處理條件。又,藉由施行上述(c)的控制,便可將晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間膜厚分佈調整成為所需分佈,便可尋找出此時的條件。首先,尋找出該等處理條件,再以該等處理條件為基礎,執行上述(a)的控制,便可如(b)所述,在不致使晶圓200上所形成SiON膜的膜厚出現大變化之情況下,局部性調整晶圓200上所形成SiON膜的N濃度與折射率中之至少任一項。
(f)上述效果係針對使用HCDS氣體以外的上述原料時、使用O2 氣體以外的上述氧化劑時、使用NH3 氣體以外的上述氮化劑時、使用N2 氣體以外的上述惰性氣體時,均可獲得同樣效果。
<其他實施形態> 以上,針對本發明實施形態進行具體說明。惟,本發明並不侷限於上述實施形態,在不致脫逸其主旨的範圍內均可進行各種變更。
例如,反應體係使用:NH3 氣體等含N氣體、丙烯(C3 H6 )氣體等含碳(C)氣體、三乙胺((C2 H5 )3 N、簡稱:TEA)氣體等含N與C氣體等,依照以下所示成膜序列,亦可在基板上形成SiON膜、碳氧化矽膜(SiOC膜)、氮碳氧化矽膜(SiOCN膜)等。該等情況,仍可獲得與上述實施形態同樣的效果。供應該等反應體時的處理順序、處理條件,係例如可設為與上述實施形態中供應反應體的情況相同。
(R1:HCDS→R2:NH3 →R2:O2 、Rt~Rb:N2 )×n ⇒ SiON (R1:HCDS→R2:O2 、Rt~Rb:N2 →R2:TEA)×n ⇒ SiOC(N) (R1:HCDS→R2:TEA→R2:O2 、Rt~Rb:N2 )×n ⇒ SiOC(N) (R1:HCDS→R2:C3 H6 →R2:NH3 →R2:O2 、Rt~Rb:N2 )×n ⇒ SiOCN (R1:HCDS→R2:C3 H6 →R2:O2 、Rt~Rb:N2 →R2:NH3 )×n ⇒ SiOCN
再者,例如原料係使用四氯化鈦(TiCl4 )氣體或三甲基鋁(Al(CH3 )3 、簡稱:TMA)氣體等,依照以下所示成膜序列,亦可在基板上形成氮氧化鈦膜(TiON膜)、氮氧化鋁膜(AlON膜)等。該等情況,仍可獲得與上述實施形態同樣的效果。供應該等原料或反應體時的處理順序、處理條件,係可設為與上述實施形態中供應原料或反應體的情況相同。
(R1:TiCl4 →R2:O2 、Rt~Rb:N2 →R2:NH3 )×n ⇒ TiON (R1:TiCl4 →R2:NH3 →R2:O2 、Rt~Rb:N2 )×n ⇒ TiON (R1:TMA→R2:H2 O、Rt~Rb:N2 →R2:NH3 )×n ⇒ AlON (R1:TMA→R2:NH3 →R2:H2 O、Rt~Rb:N2 )×n ⇒ AlON
基板處理所使用的配方係配合處理內容而個別準備,較佳係經由電氣通訊線路或外部記憶裝置123,預先儲存於記憶裝置121c內。又,較佳係在開始處理之際,CPU121a便從記憶裝置121c內所儲存的複數配方中,配合基板處理的內容,適當選擇合適的配方。藉此,利用1台基板處理裝置便可再現性佳地形成各種膜種、組成比、膜質、膜厚的膜。又,可在減輕操作負擔、避免操作失誤的情況下,迅速地開始進行處理。
上述配方並不侷限於新製成的情況,例如亦可藉由變更基板處理裝置中已安裝的現有配方而完成準備。變更配方時,經變更後的配方亦可經由電氣通訊線路或記錄該配方的記錄媒體,而安裝於基板處理裝置。又,亦可操縱現有基板處理裝置所具備的輸出入裝置122,而直接變更基板處理裝置中已安裝的現有配方。
上述實施形態係針對使用一次施行複數片基板處理的批次式基板處理裝置形成膜之例子進行說明。本發明並不侷限於上述實施形態,例如亦可適用於採用一次施行1片或數片基板處理的單片式基板處理裝置形成膜的情況。又,上述實施形態係針對使用具熱壁式處理爐的基板處理裝置形成膜的例子進行說明。本發明並不侷限於上述實施形態,亦可適用於採用具冷壁式處理爐的基板處理裝置形成膜之情況。使用該等基板處理裝置的情況,可依照與上述實施形態或變化例同樣的序列、處理條件施行成膜,能獲得與上述實施形態或變化例同樣的效果。
再者,上述各種實施形態係可適當組合使用。此時的處理順序、處理條件係例如可設為與上述實施形態同樣的處理順序、處理條件。 [實施例]
以下,針對參考例及實施例進行說明。
(參考例1、2) 使用圖1所示基板處理裝置,藉由既定次數進行對晶圓依序非同時供應HCDS氣體、O2 氣體、NH3 氣體的循環,而在晶圓上形成SiON膜。供應O2 氣體的步驟中,未實施上述實施形態所說明從Rt~Rb的N2 氣體供應控制(流量控制)。參考例1係將對晶圓的NH3 氣體供應流量設為2slm,參考例2係將NH3 氣體的供應流量設為5slm。然後,分別測定在晶圓上所形成SiON膜的膜厚與折射率。
圖7(a)、圖7(b)依序係分別表示參考例1、2的SiON膜之膜厚、與折射率的測定結果之圖。圖7(a)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的膜厚(Å),圖7(b)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的折射率。任一圖的縱軸均係表示晶圓排列區域的晶圓位置。又,縱軸的「120」係表示上部側(Top),「0」係表示下部側(Bot)。又,◆、■記號依序係表示參考例1、2。另外,此處所說明縱軸的「120」與「0」之意義,在圖8(a)~圖8(c)、圖9(a)~圖9(c)、圖10(a)~圖10(c)中亦均相同。
根據圖7(a)得知,若增加NH3 氣體的供應流量(參考例1→2),則在晶圓上所形成SiON膜的膜厚便分別從晶圓排列區域上部橫跨至下部呈均等增加。又,根據圖7(b)得知,若增加NH3 氣體的供應流量,則在未使晶圓排列區域上部側晶圓上所形成SiON膜的折射率出現變化之情況下,降低在晶圓排列區域下部側晶圓上所形成SiON膜的折射率。由該等結果得知,在供應O2 氣體的步驟中,若未實施從Rt~Rb的N2 氣體供應控制時,便難以在不致使晶圓上所形成SiON膜的膜厚出現大變化之情況下,局部性調整該膜的折射率。
(實施例1~3) 使用圖1所示基板處理裝置,依照上述實施形態的成膜序列,在晶圓上形成SiON膜。從Rt~Rb的N2 氣體供應控制,在步驟B中係有實施,在步驟A、C中則未實施。步驟B中從Rt、Rc、Rb的N2 氣體供應流量分別設為如下。其他的處理條件係上述實施形態所記載處理條件範圍內的既定條件,實施例1~3均設為共通的條件。
(實施例1)Rt:0.2slm、Rc:0.2slm、Rb:0.2slm (實施例2)Rt:2.0slm、Rc:0.2slm、Rb:0.2slm (實施例3)Rt:0.2slm、Rc:0.2slm、Rb:2.0slm
然後,分別測定晶圓上所形成SiON膜的膜厚、折射率及N濃度。圖8(a)~圖8(c)依序係分別表示實施例1~3的SiON膜之膜厚、折射率及N濃度的測定結果之圖。圖8(a)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的膜厚(Å),圖8(b)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的折射率,圖8(c)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的N濃度(at%)。任一圖中,縱軸均係表示晶圓排列區域的晶圓位置。又,◆、■、▲記號依序係表示實施例1~3。
根據圖8(a)得知,增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例1、3→2),以及增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例1、2→3),但在晶圓上所形成SiON膜的膜厚,從晶圓排列區域上部橫跨至下部均幾乎沒有變化。
根據圖8(b)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例1、3→2),則在晶圓排列區域的上部側,會增加晶圓上所形成SiON膜的折射率。又,得知藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例1、2→3),則在晶圓排列區域的下部側,會增加晶圓上所形成SiON膜的折射率。
根據圖8(c)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例1、3→2),則在晶圓排列區域的上部側,會增加晶圓上所形成SiON膜的N濃度。又,得知藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例1、2→3),則在晶圓排列區域的下部側,會增加晶圓上所形成SiON膜的N濃度。
由上述得知,在步驟B中,藉由實施從Rt~Rb的N2 氣體供應控制,便可在不致使晶圓200上所形成SiON膜的膜厚出現大變化之情況下,調整該膜的N濃度與折射率中之至少任一項。
(實施例4~6) 使用圖1所示基板處理裝置,依照上述實施形態的成膜序列,在晶圓上形成SiON膜。從Rt~Rb的N2 氣體供應控制,在步驟A中係有實施,在步驟B、C中則未實施。步驟A中從Rt、Rc、Rb的N2 氣體供應流量分別設為如下。其他的處理條件係上述實施形態所記載處理條件範圍內的既定條件,實施例4~6均設為共通的條件。
(實施例4)Rt:0.2slm、Rc:0.2slm、Rb:0.2slm (實施例5)Rt:2.0slm、Rc:0.2slm、Rb:0.2slm (實施例6)Rt:0.2slm、Rc:0.2slm、Rb:2.0slm
然後,分別測定晶圓上所形成SiON膜的膜厚、折射率及N濃度。圖9(a)~圖9(c)依序係分別表示實施例4~6的SiON膜之膜厚、折射率及N濃度的測定結果之圖。圖9(a)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的膜厚(Å),圖9(b)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的折射率,圖9(c)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的N濃度(at%)。任一圖中,縱軸均係表示晶圓排列區域的晶圓位置。又,◆、■、▲記號依序係表示實施例4~6。
根據圖9(a)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例4、6→5),則在晶圓排列區域的上部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的膜厚。又,得知藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例4、6→5),則在晶圓排列區域的下部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的膜厚。
根據圖9(b)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例4、6→5),則在晶圓排列區域的上部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的折射率。又,藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例4、6→5),則在晶圓排列區域的下部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的折射率。另外,得知增加從Rt所供應N2 氣體的流量,相較於增加從Rb所供應N2 氣體流量的情況下,前者的折射率減少程度較大。
根據圖9(c)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例4、6→5),則在晶圓排列區域的上部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的N濃度。又,藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例4、6→5),則在晶圓排列區域的下部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的N濃度。另外,得知增加從Rt所供應N2 氣體的流量,相較於增加從Rb所供應N2 氣體流量的情況下,前者的N濃度減少程度較大。
由上述得知,在步驟A中,藉由實施從Rt~Rb的N2 氣體供應控制,便可調整晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間膜厚分佈。又,得知可局部性微調整晶圓200上所形成SiON膜的折射率或N濃度。
(實施例7~9) 使用圖1所示基板處理裝置,依照上述實施形態的成膜序列,在晶圓上形成SiON膜。從Rt~Rb的N2 氣體供應控制,在步驟C中係有實施,在步驟A、B中則未實施。步驟C中從Rt、Rc、Rb的N2 氣體供應流量分別設為如下。其他的處理條件係上述實施形態所記載處理條件範圍內的既定條件,實施例7~9均設為共通的條件。
(實施例7)Rt:0.2slm、Rc:0.2slm、Rb:0.2slm (實施例8)Rt:2.0slm、Rc:0.2slm、Rb:0.2slm (實施例9)Rt:0.2slm、Rc:0.2slm、Rb:2.0slm
然後,分別測定晶圓上所形成SiON膜的膜厚、折射率及N濃度。圖10(a)~圖10(c)依序係分別表示實施例7~9的SiON膜之膜厚、折射率及N濃度的測定結果之圖。圖10(a)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的膜厚(Å),圖10(b)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的折射率,圖10(c)的横軸係表示晶圓上所形成SiON膜的N濃度(at%)。任一圖中,縱軸均係表示晶圓排列區域的晶圓位置。又,◆、■、▲記號依序係表示實施例7~9。
根據圖10(a)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例7、9→8),則在晶圓排列區域的上部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的膜厚。又,得知藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例7、8→9),則在晶圓排列區域的下部側,會減少晶圓上所形成SiON膜的膜厚。
根據圖10(b)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例7、9→8),則在晶圓排列區域的上部側,會些微增加晶圓上所形成SiON膜的折射率。又,藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例7、8→9),則在晶圓排列區域的下部側,會些微增加晶圓上所形成SiON膜的折射率。
根據圖10(c)得知,藉由增加從Rt所供應N2 氣體的流量(實施例7、9→8),則在晶圓排列區域的上部側,會些微減少晶圓上所形成SiON膜的N濃度。又,藉由增加從Rb所供應N2 氣體的流量(實施例7、8→9),則在晶圓排列區域的下部側,會些微減少晶圓上所形成SiON膜的N濃度。
由上述得知,在步驟C中,藉由實施從Rt~Rb的N2 氣體供應控制,便可調整晶圓200上所形成SiON膜的晶圓間膜厚分佈。又,得知可局部性微調整晶圓200上所形成SiON膜的折射率或N濃度。
115:晶舟升降機 121:控制器 121a:CPU 121b:RAM 121c:記憶裝置 121d:I/O埠 121e:內部匯流排 122:輸出入裝置 123:外部記憶裝置 200:晶圓(基板) 201:處理室 202:處理爐 203:外管 204:內管 204a、204b:噴嘴收容室 204c:排氣口 205:排氣空間 207:加熱器 209:歧管 209a:凸緣部 210:反應管 217:晶舟 218:絕熱板 219:密封蓋 220a、220b:O形環 231:排氣管 232a~232e、232f~232h:氣體供應管 241a~241e:質量流量控制器(MFC) 241f~241h:MFC 243a~243h:閥 244:APC閥 245:壓力感測器 246:真空泵 248:集聚型供應系統 249a:噴嘴(原料供應部) 249b:噴嘴(氧化劑供應部、氮化劑供應部) 249c~249e:噴嘴(惰性氣體供應部) 250a~250e:氣體噴出口 255:旋轉軸 263:溫度感測器 267:旋轉機構
圖1係本發明一實施形態中較佳使用之基板處理裝置的直立式處理爐之概略構成圖,處理爐部分係以縱剖面圖表示之圖。 圖2係本發明一實施形態中較佳使用之基板處理裝置的直立式處理爐之概略構成圖,處理爐部分係以圖1之A-A線剖面圖表示之圖; 圖3係本發明一實施形態中較佳使用之基板處理裝置的控制器之概略構成圖,控制器之控制系統係以方塊圖表示之圖; 圖4係表示本發明一實施形態的成膜序列一例之圖。 圖5係表示本發明一實施形態的成膜序列另一例之圖。 圖6係本發明一實施形態中較佳使用之噴嘴的概略構成圖。 圖7(a)係表示在基板上所形成氮氧化膜的膜厚測定結果之圖,(b)係表示在基板上所形成氮氧化膜的折射率測定結果之圖。 圖8(a)係表示在基板上所形成氮氧化膜的膜厚測定結果之圖,(b)係表示在基板上所形成氮氧化膜的折射率測定結果之圖,(c)係表示在基板上所形成氮氧化膜的氮濃度測定結果之圖。 圖9(a)係表示在基板上所形成氮氧化膜的膜厚測定結果之圖,(b)係表示在基板上所形成氮氧化膜的折射率測定結果之圖,(c)係表示在基板上所形成氮氧化膜的氮濃度測定結果之圖。 圖10(a)係表示在基板上所形成氮氧化膜的膜厚測定結果之圖,(b)係表示在基板上所形成氮氧化膜的折射率測定結果之圖,(c)係表示在基板上所形成氮氧化膜的氮濃度測定結果之圖。
115:晶舟升降機
121:控制器
200:晶圓(基板)
201:處理室
202:處理爐
203:外管
204:內管
204a:噴嘴收容室
204c:排氣口
205:排氣空間
207:加熱器
209:歧管
209a:凸緣部
210:反應管
217:晶舟
218:絕熱板
219:密封蓋
220a、220b:O形環
231:排氣管
244:APC閥
245:壓力感測器
246:真空泵
249a:噴嘴(原料供應部)
250a:氣體噴出口
255:旋轉軸
263:溫度感測器
267:旋轉機構

Claims (17)

  1. 一種半導體裝置之製造方法,係包括有藉由既定次數實施非同時進行下述步驟之循環,而在基板上形成氮氧化膜的步驟:(a)利用原料供應部對上述基板供應原料的步驟;(b)利用氧化劑供應部對上述基板供應氧化劑的步驟;(c)利用氮化劑供應部對上述基板供應氮化劑的步驟;且,(b)係利用不同於上述氧化劑供應部的惰性氣體供應部對上述基板供應惰性氣體,藉由控制該惰性氣體的流量,而調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項;上述形成氮氧化膜的步驟係在複數片上述基板排列的狀態下實施,(b)係利用上述惰性氣體供應部分別朝上述基板所排列的基板排列區域中之複數區,供應個別經流量控制的惰性氣體。
  2. 如請求項1之半導體裝置之製造方法,其中,上述惰性氣體供應部係具有複數供應部,且上述複數供應部分別設置成各自對應上述複數區;(b)係分別利用上述複數供應部,朝上述複數區分別供應個別經流量控制的惰性氣體。
  3. 如請求項2之半導體裝置之製造方法,其中,(b)係未實施分別利用上述複數供應部朝未對應區供應經流量控制的惰性氣體。
  4. 如請求項1之半導體裝置之製造方法,其中,上述複數區係至少包含有:上述基板排列區域之一端部側的第1區、上述基板排列區域之中央部側的第2區、上述基板排列區域之另一端部側的第3區; (b)係利用上述惰性氣體供應部,分別朝至少上述第1區、上述第2區、上述第3區,供應個別經流量控制的惰性氣體。
  5. 如請求項4之半導體裝置之製造方法,其中,上述惰性氣體供應部係設有第1供應部、第2供應部、第3供應部;且,上述第1供應部、上述第2供應部、上述第3供應部分別設置成各自對應上述第1區、上述第2區、上述第3區;(b)係分別利用上述第1供應部、上述第2供應部、上述第3供應部,朝上述第1區、上述第2區、上述第3區,分別供應個別經流量控制的惰性氣體。
  6. 如請求項5之半導體裝置之製造方法,其中,(b)係利用上述第1供應部朝上述第1區供應個別經流量控制的惰性氣體,而對除此以外的區則未實施供應經流量控制的惰性氣體;利用上述第2供應部朝上述第2區供應個別經流量控制的惰性氣體,而對除此以外的區則未實施供應經流量控制的惰性氣體;利用上述第3供應部朝上述第3區供應個別經流量控制的惰性氣體,而對除此以外的區則未實施供應經流量控制的惰性氣體。
  7. 如請求項1之半導體裝置之製造方法,其中,(b)係藉由分別控制朝上述複數區分別供應的惰性氣體流量,而依上述複數區逐區調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項。
  8. 如請求項7之半導體裝置之製造方法,其中,(b)係使朝上述複數區中之一區所供應惰性氣體的流量,不同於朝其他區所供應惰性氣體的流量。
  9. 如請求項7之半導體裝置之製造方法,其中,(b)係使朝上述複數區中之一區所供應惰性氣體的流量,大於朝其他區所供應惰性氣體的流量,藉此將上述一區中在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項控制成較高之目標。
  10. 如請求項7之半導體裝置之製造方法,其中,(b)係使朝上述複數區中之一區所供應惰性氣體的流量,小於朝其他區所供應惰性氣體的流量,藉此將上述一區中在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項控制成較低之目標。
  11. 如請求項1之半導體裝置之製造方法,其中,(a)與(c)中之至少任一步驟,係利用上述惰性氣體供應部對上述基板供應惰性氣體,藉由控制該惰性氣體的流量,而調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的膜厚。
  12. 如請求項11之半導體裝置之製造方法,其中,上述形成氮氧化膜的步驟係在複數片上述基板排列的狀態下實施;(a)與(c)中之至少任一步驟係利用上述惰性氣體供應部,分別朝上述基板所排列的基板排列區域中之複數區,供應個別經流量控制的惰性氣體。
  13. 如請求項12之半導體裝置之製造方法,其中,上述惰性氣體供應部係設有複數供應部,且上述複數供應部分別設置成各自對應上述複數區;(a)與(c)中之至少任一步驟係分別利用上述複數供應部朝上述複數區,分別供應個別經流量控制的惰性氣體。
  14. 如請求項13之半導體裝置之製造方法,其中,(a)與(c)中 之至少任一步驟係未實施分別利用上述複數供應部朝未對應區供應經流量控制的惰性氣體。
  15. 如請求項12之半導體裝置之製造方法,其中,(a)與(c)中之至少任一步驟係藉由分別控制朝上述複數區分別供應的惰性氣體流量,而依上述複數區逐區調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的膜厚。
  16. 一種基板處理裝置,係具備有:處理室,係對基板施行處理;原料供應系統,利用原料供應部對上述處理室內的基板供應原料;氧化劑供應系統,係利用氧化劑供應部對上述處理室內的基板供應氧化劑;氮化劑供應系統,係利用氮化劑供應部對上述處理室內的基板供應氮化劑;惰性氣體供應系統,係利用不同於上述氧化劑供應部的惰性氣體供應部對上述處理室內的基板供應惰性氣體;以及控制部,係構成為可將上述原料供應系統、上述氧化劑供應系統、上述氮化劑供應系統、及上述惰性氣體供應系統控制成下述狀態:在上述處理室內,藉由既定次數實施非同時進行下述處理之循環,而進行在上述基板上形成氮氧化膜的處理(a)利用上述原料供應部對基板供應上述原料的處理;(b)利用上述氧化劑供應部對上述基板供應上述氧化劑的處理;及(c)利用上述氮化劑供應部對上述基板供應上述氮化劑的處理;且,(b)係利用上述惰性氣體供應部對上述基板供應惰性氣體,藉由控制該惰性氣體的流量,而調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折 射率中之至少任一項;上述形成氮氧化膜的處理係在複數片上述基板排列的狀態下實施,(b)係利用上述惰性氣體供應部分別朝上述基板所排列的基板排列區域中之複數區,供應個別經流量控制的惰性氣體。
  17. 一種程式,該程式係利用電腦在基板處理裝置的處理室內使上述基板處理裝置執行下述順序:藉由既定次數實施非同時進行下述順序之循環,而在上述基板上形成氮氧化膜的順序:(a)利用原料供應部對基板供應原料的順序;(b)利用氧化劑供應部對上述基板供應氧化劑的順序;以及(c)利用氮化劑供應部對上述基板供應氮化劑的順序;在(b)中,利用不同於上述氧化劑供應部的惰性氣體供應部對上述基板供應惰性氣體,藉由控制該惰性氣體的流量,而調整在上述基板上所形成上述氮氧化膜的氮濃度與折射率中之至少任一項的順序;上述形成氮氧化膜的順序係在複數片上述基板排列的狀態下實施,(b)係利用上述惰性氣體供應部分別朝上述基板所排列的基板排列區域中之複數區,供應個別經流量控制的惰性氣體。
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